CN103123251A - 差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学精密测量技术领域，涉及一种差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量方法与装置。该方法借助内调焦物镜，使用自准直法，对透镜光轴进行高精度调整，使用差动共焦响应曲线过绝对零点时差动共焦光锥顶点与被测透镜表面顶点重合的特性，实现透镜表面顶点的精确定位，并获取差动共焦光锥顶点两次定位时出射光的数值孔径角，利用光线追迹公式计算出透镜中心厚度。同时在测量光路中引入环形光瞳，削减了像差对测量结果的影响。本发明首次将差动共焦与内调焦融合，提出了差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量原理，具有测量速度快、精度高、灵敏度高、结构简单及工作距离长的优点，可用于透镜光轴及中心厚度的非接触高精度测量。

Description

差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量方法与装置

技术领域

本发明属于光学精密测量技术领域，涉及一种差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量方法与装置，可用于透镜光轴及厚度的非接触高精度测量。

技术背景

在光学领域中，透镜光轴及厚度的测量具有重要意义。透镜光轴及厚度是光学***中的两个重要参数，其加工质量的好坏会对光学***的成像质量产生较大影响。特别是对于光刻机物镜、航天相机等高性能光学***中的透镜，需要根据镜头中透镜的光轴、曲率半径、折射率和厚度对透镜的间隙、径向偏移和光轴偏角进行精密的调整。以光刻机物镜为例，每个单透镜光轴及厚度的偏差都会造成光刻机物镜的像差，影响物镜的成像质量。目前应用较为广泛的“数码镜头”和“CCD扫描镜头”，其透镜光轴及厚度的精度一般为数十微米，需要有高精度的仪器来测量和检验，因此透镜光轴及厚度是光学零件必检和严格控制的项目之一。

目前，透镜厚度测量技术可分为接触式测量和非接触式测量两种。

接触式测量，一般使用手持千分表或千分尺测量。测量时，透镜中心点位置的准确性将直接影响测量精度，因此检验员在测量时要来回移动被测透镜，寻找最高点(凸镜)或最低点(凹镜)，因而测量速度慢，误差大，而且目前使用的高透过光学材料，材质较软，测量时测头在透镜表面移动，容易划伤透镜表面。

针对接触式测量存在的问题，国内学者也进行了相关研究。在1999年《实用测试技术》中发表的《光栅数显式透镜厚度测量仪》一文中，作者设计了一种用光栅传感器作为精密长度测量器件所构成的透镜厚度测量仪，根据不同类型的光学透镜及测量精度要求，可采用不同形式的测头及测量座组合进行测量，将测量精度提高到1μm。中国专利“测量光学透镜中心厚度的装置”(专利号：200620125116.9)，采用了在测量立柱上部放置被测透镜冶具的方法，避免了寻找透镜表面顶点时测头在透镜表面来回移动对透镜所造成的损伤。

非接触式测量常有图像测量法、共面电容法、白光共焦法和干涉法。

2005年《传感器技术》中发表的《基于图像测量技术的装配间隙在线测量研究》一文中，介绍了一种基于图像测量技术的在线测量方案，将间隙通过光学***在CCD摄像机中成的像经由图像采集卡采集后送交图像测量软件处理和分析，由测量软件给出结果。这种方法也可以应用于透镜厚度的测量，但由于受摄像机成像***、CCD分辨力、图像清晰程度和标定系数精确度等的影响，测量误差在15μm以内。

在1994年《仪器仪表学报》中发表的《光学透镜中心厚度自动检测仪》一文中，利用共面电容法测量透镜厚度。首先根据要求把电容测头与基准面调整到一个固定位置；然后把被测透镜放在基准面上，测头的电容量将随着透镜与测头之间的间隙变化；最后通过电路测量出相应于电容而变化的电压信号，就可以找出被测透镜厚度的相对变化，此方法的分选精度小于5μm。但这种方法测量前需要已知被测透镜材料的信号电压与空气间隙的关系曲线，在工程实际中，必须对共面电容测头进行精确测试，以取得可靠数据作为检测依据。

2005年在《GLASS SCIENCE AND TECHNOLOGY》中发表的《Noncontact measurement of central lens thickness》一文中，采用白光共焦法测量透镜厚度。这种方法首先利用白光通过透镜后轴向色差形成的探针对被测透镜表面顶点进行定位，然后通过被测透镜上下表面顶点反射的光谱信息计算透镜的厚度。此方法的特点在于能够实现实时测量，但白光是非相干光，定焦灵敏度和分辨率较低，工作距离有限(30μm-25mm)。特别是很难准确已知被测透镜在不同波长处的折射率，一般都是通过测定特定波长处的折射率后插值所得，此项参数对测量结果的影响较大，所以这种方法在实际应用中很难实现高精度测量。

中国专利“光学元件厚度的光学测量仪器”(专利号：87200715)，利用双干涉***对透镜厚度进行非接触测量。该仪器由两个迈克尔逊干涉***组成，根据白光干涉条纹对被测透镜的两个表面进行定位，并将被测透镜与标准块比较以求得被测透镜的厚度，对当前尚未解决的胶合透镜。可见光不透明的光学元件，未知材料的光学元件等实现非接触测量。

中国专利“一种微小光学间隔的测量装置”(专利号：93238743.8)，采用偏振光干涉法测量样品厚度。入射白光在样品上下表面反射形成的两波阵面经起偏镜、双折射棱镜、检偏镜后在光电检测器阵列上形成干涉条纹，由干涉条纹间距即可得样品厚度。同时在检偏镜与光电检测器阵列之间加入一柱透镜使干涉图样沿条纹间距方向得到放大，降低了对光电检测器阵列的要求，测量精度为1-5％，但这种方法只能用于测量玻璃平板的厚度。

实现透镜厚度测量的关键有三点，首先是确定被测透镜的光轴，然后是实现一种高精度、非接触的光学定位技术，最后厚度的计算算法能够补偿透镜对测量光路的影响。

目前，透镜光轴测量技术主要采用内调焦物镜结合自准直法消除光轴偏差的技术，该技术通过调节内调焦物镜中的调焦组的轴向位置，进而调节出射光的数值孔径角，结合自准直法，能很好地消除透镜光轴偏差。例如2007年在《湖南工业职业技术学院学报》中发表的《红外物镜中心偏自动测试仪控制***设计与实现》一文中，其采用反射式自准直原理，用CCD接收信号，并用内调焦物镜设计了一个调焦全自动、被测透镜自动旋转的控制***，从而实现对透镜光轴的测量。

近年来，国内外显微成像领域的差动共焦技术快速发展，该技术以轴向的光强响应曲线作为评价尺度，具有很好的光学层析能力，并且由于采用光强作为数据信息，相比图像处理方法具有更高的抗环境干扰能力。例如中国专利“具有高空间分辨率的差动共焦扫描检测方法”(专利号：200410006359.6)，其提出了超分辨差动共焦检测方法，使***轴向分辨力达到纳米级，并显著提高了环境抗扰动能力，但差动共焦技术主要适用于微观显微测量领域，而将该项技术与内调焦物镜自准直法相融合，实现被测透镜光轴检测与透镜表面定位，继而实现透镜光轴与厚度高精度测量的报道，迄今为止尚未见到。

发明内容

本发明的目的是为了解决透镜光轴及厚度的非接触高精度测量问题，提出了一种差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量方法与装置。本发明结合内调焦方法使差动共焦光锥顶点沿光轴方向扫描，实现透镜光轴的高精度调整；利用差动共焦响应曲线过绝对零点时差动共焦光锥顶点与被测透镜表面顶点重合的特性，实现被测透镜表面顶点的精确定位，继而通过光线追迹算法实现被测透镜厚度高精度测量。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

如图1所示的差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量方法，其特征在于：

(a)调整被测透镜的光轴，使其与内调焦物镜共光轴；

(b)调节内调焦物镜，使由内调焦物镜出射的差动共焦光锥顶点沿光轴方向进行扫描，通过探测差动共焦响应曲线的绝对零点来确定差动共焦光锥顶点与被测透镜前表面相重合，此时内调焦物镜出射光的数值孔径角为α₁；

(c)继续调节内调焦物镜，使差动共焦光锥顶点沿光轴方向继续扫描，再次通过探测差动共焦响应曲线的绝对零点值来确定差动共焦光锥顶点与被测透镜后表面相重合，此时内调焦物镜出射光的数值孔径角为α₂；

(d)根据已知参数：内调焦物镜出射光锥高度h₀、被测透镜前表面曲率半径r₁、空气折射率n₀和被测透镜折射率n，可由光线追迹公式计算透镜厚度。

方法所述步骤(d)中的光线追迹公式满足

$d=r_1+\frac{\frac{n_0\sin {\mathrm{\α}}_2}{n}\·(\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_2}-\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_1}-r_1)}{\sin \{{\mathrm{\α}}_2+\arcsin [\frac{\sin {\mathrm{\α}}_2}{r_1}(\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_2}-\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_1}-r_1)]-\arcsin [\frac{n_0\sin {\mathrm{\α}}_2}{n{r}_1}(\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_2}-\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_1}-r_1)\left]\right\}}$

通过此公式计算得到被测透镜厚度d。

方法所述步骤(a)中的调整被测透镜的光轴的方法，有以下两种：

(1)使用自准直法调整被测透镜的光轴，首先将差动共焦光锥顶点调至被测透镜后表面球心附近，由光强传感器探测会聚到其表面的像点A，调整被测透镜至旋转被测透镜而像点不随旋转移动时为止；而后将差动共焦光锥顶点调至被测透镜前表面球心附近，由光强传感器探测会聚到其表面的像点B，调整被测透镜至旋转被测透镜而像点不随旋转移动时为止；此时被测透镜与内调焦物镜同光轴。

(2)使用自准直法调整被测透镜的光轴，首先将差动共焦光锥顶点调至被测透镜后表面球心附近，由光强传感器探测会聚到其表面的像点A；然后将差动共焦光锥顶点调至被测透镜前表面球心附近，由光强传感器探测会聚到其表面的像点B；调整被测透镜至像点A与像点B重合；此时被测透镜与内调焦物镜同光轴。

使用环形光瞳遮挡近轴光线，形成空心的测量光锥，削减像差对测量结果的影响。

如图3所示的差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量装置，包括点光源、第一分光镜、内调焦物镜和差动共焦***；第一分光镜、内调焦物镜和被测透镜放在光线的出射方向，差动共焦***放置在第一分光镜的反射方向，被测透镜表面与第一分光镜将光束反射至差动共焦***，并配合差动共焦***实现被测透镜前表面顶点与被测透镜后表面顶点的精确定位。

装置中所述差动共焦***包括第二分光镜、第一光强传感器和第二光强传感器；由第一分光镜反射回来的光进入差动共焦***，由第二分光镜将光线分成两路，一路照射在位于焦后的第一光强传感器上，另一路照射在位于焦前的第二光强传感器上。

装置中所述差动共焦***还可以包括第二分光镜、焦前针孔、焦后针孔、第一光强传感器和第二光强传感器；由第一分光镜反射回来的光进入差动共焦***，由第二分光镜将光线分成两路，一路通过焦后针孔后，照射在第一光强传感器上，另一路通过焦前针孔后，照射在第二光强传感器上。

装置中所述差动共焦***还可以包括第二分光镜、焦前显微物镜、焦后显微物镜、第一光强传感器和第二光强传感器；其中焦后显微物镜的物平面位于焦后，在其像平面放置第一光强传感器，焦前显微物镜的物平面位于焦前，在其像平面放置第二光强传感器；由第一分光镜反射回来的光进入差动共焦***，由第二分光镜将光线分成两路，一路通过焦后显微物镜成像在第一光强传感器上，另一路通过焦前显微物镜成像在第二光强传感器上。

包括主控计算机、机电控制装置和AD采集模块；主控计算机通过AD采集模块获取由光强传感器采集的差动共焦信号；主控计算机通过控制机电控制装置来调节内调焦物镜出射光的数值孔径角，实现差动共焦光锥顶点沿光轴方向的扫描移动。

有益效果：

本发明对比已有技术具有以下创新点：

1.本透镜光轴及厚度测量方法利用差动共焦定焦方法对被测透镜表面实现非接触高精度定位，对被测透镜表面无损伤，测量速度快。

2.在光路中使用内调焦物镜，采用改变出射光数值孔径角的方法扫描被测透镜表面顶点位置，不仅缩小了机构的运行距离，而且加大了装置的工作距离，增加了光锥进入到透镜内部的深度。

3.本发明将差动共焦技术与内调焦物镜自准直法相融合，可实现被测透镜光轴的精确调整，减小了厚度的测量误差。

4.在光路中引入环形光瞳，遮挡近轴光线，形成空心的测量光锥，削减了像差对测量结果的影响。

本发明对比已有技术具有以下显著优点：

1.利用差动共焦***良好的层析能力实现了透镜表面的精确定位。

2.利用差动共焦***高轴向分辨能力显著提高了测量精度。

3.利用内调焦物镜结合自准直方法可快速实现对被测透镜光轴的精确调整与定位。

4.差动工作方式可以削减空气扰动等环境干扰对测量精度的影响。

附图说明

图1为本发明差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量方法的示意图；

图2为本发明被测透镜前后表面球心的示意图；

图3为本发明差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量装置的示意图；

图4为本发明直接进行探测的差动共焦装置的示意图；

图5为本发明运用针孔探测的差动共焦装置的示意图；

图6为本发明运用显微物镜探测的差动共焦装置的示意图；

图7为本发明差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量实施例的示意图；

其中：1-点光源、2-第一分光镜、3-内调焦物镜、4-环形光瞳、5-被测透镜前表面、6-被测透镜后表面、7-调整架、8-差动共焦光锥顶点、9-被测透镜、10-第一光强传感器、11-焦后针孔、12-第二光强传感器、13-焦前针孔、14-第二分光镜、15-差动共焦***、16-被测透镜后表面球心、17-被测透镜前表面球心、18-点光源发生装置、19-机电控制装置、20-主控计算机、21-AD采集模块、22-AD采集模块、23-焦后显微物镜、24-焦前显微物镜、25-光纤、26-激光器、27-内调焦物镜固定组、28-内调焦物镜调焦组、29-内调焦物镜固定组、30-CCD探测器、31-CCD探测器、32-图像采集卡、33-图像采集卡、34-三维调整台、35-回转台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明融合了差动共焦与内调焦的方法，其基本思想是借助内调焦物镜使用自准直法，对透镜光轴进行高精度调整，使用差动共焦技术对透镜表面进行精确定位，实现透镜光轴与厚度的非接触高精度测量。同时在测量光路中可以引入环形光瞳，遮挡近轴光线，形成空心的测量光锥，削减了像差对测量结果的影响。

实施例中采用双凸透镜作为被测透镜9，已知其参数满足用于检验本专利所述方法的正确性，其中透镜的曲率半径如图2所示，从左往右依次为r₁＝195.426mm，r₂＝-140.270mm；折射率，从左往右依次为：n₀＝1，n＝1.5143，已知透镜的厚度及间隔是d＝12mm。

实施例1

如图7所示，差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量装置，包括点光源发生装置18，依次放在点光源1出射光方向的第一分光镜2、内调焦物镜3和环形光瞳4，还包括放置在第一分光镜2反射方向的差动共焦***15，其中被测透镜9表面和第一分光镜2将光束反射至差动共焦***15中的第二分光镜14；第二分光镜14将光线分成两路，反射光经过焦后针孔11后照明CCD探测器30，透射光经过焦前针孔13后照明CCD探测器31；图像采集卡32采集CCD探测器30探测得到的模拟信号并转换成数字信号，图像采集卡33采集CCD探测器31探测得到的模拟信号并转换成数字信号，两路信号共同传输给主控计算机20。

主控计算机20获取差动响应信号；主控计算机20与机电控制装置19连接，使其驱动内调焦物镜调焦组28的移动，从而实现差动共焦光锥顶点8在光轴方向的扫描移动。

当被测透镜9是如图2所示的双凸透镜时，如图7所示，差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量方法，其测量步骤是：

首先，启动主控计算机20中的测量软件，输入相关参数，包括被测透镜前表面5的曲率半径r₁、空气折射率n₀和被测透镜9的折射率n。

然后，打开激光光源26，激光光源26所发出的激光经光纤25传输后形成点光源1。点光源1发出的光经第一分光镜2、内调焦物镜3和环形光瞳4后形成的空心光锥射到被测透镜9上，由被测透镜9反射的光经第一分光镜2反射后进入差动共焦***15中。如图5所示，第二分光镜14将光线分成两路，反射光经过焦后针孔11后照明第一光强传感器10，透射光经过焦前针孔13后照明第二光强传感器12。第一光强传感器10为CCD探测器30，第二光强传感器12为CCD探测器31。

被测透镜9安装在三维调整台34上，随三维调整台34沿回转台35的转轴旋转。通过调整三维调整台34，使被测透镜9与内调焦物镜3同光轴，避免因光轴偏移而引起的测量误差，调整步骤包括如下三步：

(一)、主控计算机20通过控制机电控制装置19驱动内调焦物镜调焦组28的移动，使其出射的差动共焦光锥顶点8沿光轴方向扫描；

(二)、如图2所示，当差动共焦光锥顶点8扫描至被测透镜后表面球心16附近时，照射到被测透镜后表面6的波面和被测透镜后表面6的球面相接近，由被测透镜后表面6反射回来的光线通过内调焦物镜3后，被第一分光镜2反射至差动共焦***15，在CCD探测器30上形成逐渐清晰的像点，记为像点A。当像点最清晰时，停止对差动共焦光锥顶点8的扫描。旋转回转台35带动被测透镜9旋转，观察CCD探测器30上的像点A是否随被测透镜9的旋转而移动。调整三维调整台34直至像点A不随被测透镜9的旋转而移动；

(三)、继续控制内调焦物镜3使差动共焦光锥顶点8沿光轴继续扫描，当差动共焦光锥顶点8扫描至被测透镜前表面球心17附近时，同样，照射到被测透镜后表面6的波面和被测透镜后表面6的球面相接近，由被测透镜后表面6反射回来的光线通过内调焦物镜3后，被第一分光镜2反射至差动共焦***15，在CCD探测器30上形成逐渐清晰的像点，记为像点B。当像点最清晰时，停止对差动共焦光锥顶点8的扫描。旋转回转台35带动被测透镜9旋转，观察CCD探测器30上探测得到的像点B是否随被测透镜9的旋转而移动。调整三维调整台34直至像点B不随被测透镜9的旋转而移动。

此时，被测透镜前表面球心17和被测透镜后表面球心16都位于内调焦物镜3的光轴上，被测透镜9和内调焦物镜3同光轴。

主控计算机20控制内调焦物镜3调整差动共焦光锥顶点8沿光轴方向扫描，从主控计算机20上观察通过图像采集卡32和图像采集卡33采回的图像。主控软件对采回图像进行数字图像处理，获取差动响应信号。从前到后依次能获得四个差动响应信号过绝对零点的位置，主控软件记录差动响应信号第二次、第三次过绝对零点时从内调焦物镜3出射的光的数值孔径角分别为α₁＝16.699°，α₂＝12.094°，可由以下光线追迹公式计算得到被测透镜9的厚度d：

$d=r_1+\frac{\frac{n_0\sin {\mathrm{\α}}_2}{n}\·(\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_2}-\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_1}-r_1)}{\sin \{{\mathrm{\α}}_2+\arcsin [\frac{\sin {\mathrm{\α}}_2}{r_1}(\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_2}-\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_1}-r_1)]-\arcsin [\frac{n_0\sin {\mathrm{\α}}_2}{n{r}_1}(\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_2}-\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_1}-r_1)\left]\right\}}$

式中已知参数包括内调焦物镜3出射光锥的高度h₀＝6mm、被测透镜前表面5的曲率半径r₁＝195.426mm、空气折射率n₀＝1和被测透镜9折射率n＝1.5143。通过光线追迹计算结果即为被测透镜9的厚度d＝12.002mm。

通过本实施例可验证测量间隙的结果与已知数值12mm的偏差不超过0.002mm，此方法的精度与传统方法数十个微米的测量误差相比，具有相当高的精度。

本实施例的测量过程中，由于内调焦物镜是唯一的运动部件，所以测量过程十分迅速，在半分钟内可完成整个光轴方向的扫描，后期的数据处理则由主控计算机20中的测量软件完成，软件处理的时间在1秒内。

由于本实施例中在测量开始前，采用自准直法调整光轴，使被测透镜9与内调焦物镜共光轴，避免因光轴偏移而引起的测量误差。假设光轴偏差大于1°，引起被测透镜9的间隙测量误差分别为0.050mm，因此，本实施例通过校正光轴，使间隙测量精度得以提高。

实施例2

如图4和图7所示，将实施例1图7中的差动共焦***15替换为图4的差动共焦***15，即可构成实施例2。与实施例1所不同的是，光线进入差动共焦***15后，第二分光镜14将光线分成两路，反射光照明第一光强传感器10，透射光照明第二光强传感器12。其余测量方法与装置与实施例1相同。

实施例3

如图6和图7所示，将实施例1图7中的差动共焦***15替换为图6的差动共焦***15，即可构成实施例3。与实施例1所不同的是，光线进入差动共焦***15后，第二分光镜14将光线分成两路，反射光经过焦后显微物镜23后在第一光强传感器10表面成像，透射光经过焦前显微物镜24后在第二光强传感器12表面成像；其中焦后显微物镜23的物平面位于焦后，在其像平面放置第一光强传感器10，焦前显微物镜24的物平面位于焦前，在其像平面放置第二光强传感器12。其余测量方法与装置与实施例1相同。

此实施例通过一系列的措施实现了透镜光轴及厚度的非接触高精度测量，实现了差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量方法与装置，具有对被测透镜无损伤、测量精度高、工作距离长、使用方便等优点。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量方法，其特征在于：

(a)调整被测透镜的光轴，使其与内调焦物镜共光轴；

(b)调节内调焦物镜，使由内调焦物镜出射的差动共焦光锥顶点沿光轴方向进行扫描，通过探测差动共焦响应曲线的绝对零点来确定差动共焦光锥顶点与被测透镜前表面相重合，此时内调焦物镜出射光的数值孔径角为α₁；

(c)继续调节内调焦物镜，使差动共焦光锥顶点沿光轴方向继续扫描，再次通过探测差动共焦响应曲线的绝对零点值来确定差动共焦光锥顶点与被测透镜后表面相重合，此时内调焦物镜出射光的数值孔径角为α₂；

(d)根据已知参数：内调焦物镜出射光锥高度h₀、被测透镜前表面曲率半径r₁、空气折射率n₀和被测透镜折射率n，可由光线追迹公式计算透镜厚度。

2.根据权利要求1所述的差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量方法，其特征在于：所述(d)中的光线追迹公式满足

$d=r_1+\frac{\frac{n_0\sin {\mathrm{\α}}_2}{n}\·(\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_2}-\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_1}-r_1)}{\sin \{{\mathrm{\α}}_2+\arcsin [\frac{\sin {\mathrm{\α}}_2}{r_1}(\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_2}-\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_1}-r_1)]-\arcsin [\frac{n_0\sin {\mathrm{\α}}_2}{{\mathrm{nr}}_1}(\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_2}-\frac{h_0}{\tan {\mathrm{\α}}_1}-r_1)\left]\right\}}$

通过此公式计算得到被测透镜厚度d。

3.根据权利要求1所述的差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量方法，其特征在于：所述(a)中的调整被测透镜的光轴的方法，有以下两种：

(1)使用自准直法调整被测透镜的光轴，首先将差动共焦光锥顶点调至被测透镜后表面球心附近，由光强传感器探测会聚到其表面的像点A，调整被测透镜至旋转被测透镜而像点不随旋转移动时为止；而后将差动共焦光锥顶点调至被测透镜前表面球心附近，由光强传感器探测会聚到其表面的像点B，调整被测透镜至旋转被测透镜而像点不随旋转移动时为止；此时被测透镜与内调焦物镜同光轴。

(2)使用自准直法调整被测透镜的光轴，首先将差动共焦光锥顶点调至被测透镜后表面球心附近，由光强传感器探测会聚到其表面的像点A；然后将差动共焦光锥顶点调至被测透镜前表面球心附近，由光强传感器探测会聚到其表面的像点B；调整被测透镜至像点A与像点B重合；此时被测透镜与内调焦物镜同光轴。

4.根据权利要求1或2或3所述的差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量方法，其特征在于：使用环形光瞳遮挡近轴光线，形成空心的测量光锥，削减像差对测量结果的影响。

5.差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量装置，包括点光源，其特征在于：还包括第一分光镜、内调焦物镜和差动共焦***；第一分光镜、内调焦物镜和被测透镜放在光线的出射方向，差动共焦***放置在第一分光镜的反射方向，被测透镜表面与第一分光镜将光束反射至差动共焦***，并配合差动共焦***实现被测透镜前表面顶点与被测透镜后表面顶点的精确定位。

6.根据权利要求5所述的差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量装置，其特征在于：所述差动共焦***包括第二分光镜、第一光强传感器和第二光强传感器；由第一分光镜反射回来的光进入差动共焦***，由第二分光镜将光线分成两路，一路照射在位于焦后的第一光强传感器上，另一路照射在位于焦前的第二光强传感器上。

7.根据权利要求5所述的差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量装置，其特征在于：所述差动共焦***还包括第二分光镜、焦前针孔、焦后针孔、第一光强传感器和第二光强传感器；由第一分光镜反射回来的光进入差动共焦***，由第二分光镜将光线分成两路，一路通过焦后针孔后，照射在第一光强传感器上，另一路通过焦前针孔后，照射在第二光强传感器上。

8.根据权利要求5所述的差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量装置，其特征在于：所述差动共焦***还包括第二分光镜、焦前显微物镜、焦后显微物镜、第一光强传感器和第二光强传感器；其中焦后显微物镜的物平面位于焦后，在其像平面放置第一光强传感器，焦前显微物镜的物平面位于焦前，在其像平面放置第二光强传感器；由第一分光镜反射回来的光进入差动共焦***，由第二分光镜将光线分成两路，一路通过焦后显微物镜成像在第一光强传感器上，另一路通过焦前显微物镜成像在第二光强传感器上。

9.根据权利要求5或6或7或8所述的差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量装置，其特征在于：包括主控计算机、机电控制装置和AD采集模块；主控计算机通过AD采集模块获取由光强传感器采集的差动共焦信号；主控计算机通过控制机电控制装置来调节内调焦物镜出射光的数值孔径角，实现差动共焦光锥顶点沿光轴方向的扫描移动。

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